Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 322
Анализ процесса развертывания окололунной тросовой системы с учетом притяжения Земли
Статья
Разработка транспортных космических систем для доставки грузов и исследования поверхности Луны является важной научно-технической задачей. В работе рассматривается окололунная космическая тросовая система, состоящая из станции и микроспутника. Станция рассматривается как твердое тело, имеющее форму цилиндра, а микроспутник – как сферическое твердое тело. Трос рассматривается как невесомый нерастяжимый стержень переменной длины. Станция движется по окололунной орбите, на которую оказывает влияние притяжение Земли. Рассматривается процесс развертывания радиально направленной окололунной тросовой системы. Уравнения движения космической тросовой системы получены с помощью второго закона Ньютона и теоремы об изменении момента количества движения. Для выпуска троса и приведения орбитальной тросовой системы в рабочее состояние в статье предлагается использовать программу управления силой натяжения троса, которая обеспечивает развертывание тросовой системы в положение, близкое к вертикальному. Проводится сравнение движения тросовой системы по невозмущенной окололунной орбите и по возмущенной, учитывающей гравитационное влияние Земли. Для обоснования теоретических результатов проведено численное моделирование, по результатам которого сделан вывод о влиянии притяжения Земли на амплитуду колебаний микроспутника относительно местной вертикали.
Бесплатно
Анализ процесса раскрытия зонтичного рефлектора на стенде с активной системой обезвешивания
Статья
В ходе проверки функционирования трансформируемых конструкций в наземных условиях необходимо свести к минимуму действие силы тяжести, чтобы исключить возникновение дополнительных нагрузок на шарнирные узлы и механизмы раскрытия. Для выполнения данной задачи при испытаниях трансформируемого зонтичного рефлектора применяют стенды с активной системой обезвешивания. В этих стендах усилие обезвешивания прикладывается к каждой спице рефлектора. Однако, при обезвешивании спиц, точка закрепления троса подвеса не совпадает с центром масс спицы. Это приводит к возникновению дополнительных моментов сил, действующих на обезвешиваемую конструкцию. Поэтому в качестве объекта исследования была рассмотрена часть рефлектора, состоящая из спицы с закрепленными на ней шнурами формообразующей структуры и сетеполотном. Разработана 3D модель, используя которую были определены положения центра масс рассматриваемой конструкции в ключевых фазах раскрытия рефлектора. Проведен анализ движущих сил и моментов, действующих на конструкцию в процессе раскрытия. Установлена степень влияния положения точки подвеса на неточность обезвешивания. Результаты представленного в статье анализа могут быть использованы в качестве исходных данных для разработки алгоритма работы активной системы обезвешивания. Этот алгоритм сможет учитывать положение точки подвеса и центра масс конструкции относительно оси поворота спицы в процессе раскрытия рефлектора за счет изменения усилия обезвешивания.
Бесплатно
Статья
В работе представлены результаты расчетных исследований прочности и несущей способности типовых элементов конструкции летательного аппарата и соединений. Расчеты проводились методом конечных элементов. Применялась нелинейная постановка задачи, реализованная в коммерческих программных кодах NASTRAN и ABAQUS. В качестве объектов исследований рассматривались силовые композитные панели и металло-композиционные стыки узлов крепления подвижных агрегатов. Приведены используемые модели, процедуры расчета и анализа получаемых результатов. Численные оценки прочности силовых панелей и стыка в дальнейшем были подтверждены экспериментально полученными данными. На примере виртуального моделирования эксперимента по прочностным испытаниям композитной панели в сдвиговой рамке дана оценка влияния условий эксперимента на получаемые результаты. Показано, что граничные условия, реализуемые при такого рода испытаниях, не всегда могут обеспечить требуемые значения критических усилий общей потери устойчивости, соответствующих шарнирному опиранию панели. Приведены результаты расчетного анализа прочности и устойчивости металло-композитного стыка узла навески подвижного агрегата. Исследования проводились на подробной модели с использованием объемных конечных элементов, с учетом контактного взаимодействия деталей в проушине узла, геометрической и физической нелинейности. Оценка прочности композита в болтовых соединениях проводилась на основе критерия Нуизмера. Даны рекомендации по усилению конструкции, что позволило избежать преждевременных разрушений при прочностных испытаниях рассмотренного соединения.
Бесплатно
Анализ технологии SpaceFibre для высокоскоростных бортовых сетей
Статья
В статье представлен анализ перспективного международного стандарта для обмена данными на борту летательных аппаратов различного назначения – SpaceFibre. Приводится обоснование необходимости использования данного стандарта для бортовых сетей нового поколения. Полученные результаты основаны на многолетнем опыте работы с семейством открытых международных стандартов SpaceWire/SpaceFibre. Авторами представлены основные проблемы, найденные в SpaceFibre, а также приведены пути их решения. Первая проблема связана с использованием многоканальной передачи данных в перспективных российских проектах, а также необходимостью увеличения пропускной способности с использованием уже существующего оборудования и физических кабелей. Необходима разработка новых методов и алгоритмов передачи и создание полностью отечественной версии уровня multilane для описываемого стандарта. Вторая проблема относится к организации передачи данных в сетях SpaceFibre с большим количеством узлов и сложной схемой потоков передачи данных, она является следствием недостаточно проработанного сетевого уровня стандарта. Авторы приводят возможные способы решения обнаруженных недостатков стандарта при помощи концепции программно-реконфигурируемых сетей. Проведение доработки стандарта SpaceFibre в части озвученных проблем позволит повысить эффективность самого протокола, а также учесть все возможные замечания до этапа создания отечественного ГОСТ по SpaceFibre.
Бесплатно
Статья
Проведено исследование временных параметров циклограммы поддержания низкой рабочей орбиты малого космического аппарата класса «АИСТ-2» с помощью электрореактивного двигателя малой тяги. Анализ проведен для рабочих орбит со средней высотой в диапазоне от четырехсот до пятисот километров с учетом изменчивости верхней атмосферы Земли в зависимости от уровня солнечной активности. В расчетах было принято, что сила тяги электрореактивного двигателя составляет двадцать миллиньютонов и ресурс его работы не превышает тысячи часов. Было использовано методическое и программное обеспечение: для оценки уровня силы аэродинамического сопротивления в зависимости от уровня солнечной активности; для моделирования и анализа параметров орбитального движения космического аппарата под действием корректирующих и аэродинамических возмущений. Результаты анализа показали, что электрореактивный двигатель с указанной силой тяги позволяет проводить поддержание рабочей орбиты спутника во всем диапазоне обозначенных высот. При отклонении средней высоты орбиты на величину не более трех километров коррекцию можно провести менее чем за сутки. Продолжительность одного цикла коррекции может изменяться от четырех до четырехсот семидесяти восьми суток в зависимости от уровня солнечной активности и проектно-баллистических параметров космического аппарата. Ресурс работы электрореактивного двигателя, равный тысяче часов, обеспечивает поддержание рабочей орбиты космического аппарата в диапазоне заданных высот более семи лет при низкой солнечной активности.
Бесплатно
Анализ эффективности применения средств увода с орбиты малых космических аппаратов
Статья
В настоящее время для увода малых космических аппаратов с орбиты предлагается использование различных способов. В работе проведен анализ наиболее реализуемых и перспективных из них. Поставлена задача оценки эффективности системы увода малого космического аппарата с орбиты, в рамках которой сформированы критерий и основные показатели эффективности с учетом проектных особенностей. В качестве методологической основы оценки эффективности использовался метод относительной интегральной оценки. С помощью разработанного алгоритма расчета коэффициентов интегральной относительной оценки для каждого способа увода определен наиболее эффективный вариант построения системы при заданных коэффициентах приоритета и с учетом накладываемых проектных ограничений. Для анализа эффективности были выбраны бестопливные средства увода и три типа двигательных установок – электрореактивная, твердотопливная и жидкостная. Анализ эффективности был проведен для аппаратов с различными массовыми и целевыми характеристиками, результатом является выбор типа системы увода и расчет ее параметров. Показана зависимость способа увода от целевого назначения аппарата, высоты и наклонения орбиты его функционирования, а также от требований, предъявляемых к массе, стоимости и другим проектным параметрам.
Бесплатно
Статья
В настоящей работе предлагается математическая модель определения продольного и поперечного усилий (реакций) арочного эластомерного амортизатора при его нагружении по двум осям (сжатии и поперечном смещении опорных поверхностей). Реакции представляются как суммы независимых усилий, создаваемых двумя его эластомерными стенками. Стенки рассматриваются как балки, которые работают на сжатие, изгиб и поперечный сдвиг, а также могут терять устойчивость. Модель носит феноменологический характер. Структура модели такова, что в случае чистого сжатия амортизатора выражение для статической осевой реакции автоматически удовлетворяет экспериментальным статическим силовым характеристикам сжатия, которые приводятся в технической литературе. Приводятся результаты сравнения расчетных данных, полученных по разработанной модели, с результатами расчетов в пакете конечно-элементного анализа Ansys Workbench 18.1. В области деформаций до момента появления дополнительных поверхностей контакта при потере устойчивости наблюдается хорошее совпадение. Разработанная аналитическая модель арочного эластомерного амортизатора может использоваться при проведении расчетов, к которым предъявляются требования высокого быстродействия (малой вычислительной трудоемкости), в частности – для имитационного моделирования систем в различных программных комплексах, например Simulink.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены способы организации сетевого взаимодействия бортовой аппаратуры космических аппаратов на основе стандарта SpaceWire. Предложена архитектура реконфигурируемого бортового комплекса управления. С целью обеспечения реконфигурируемости, программной настройки, универсальности и соответствия действующим международным и российским стандартам по эксплуатации космических аппаратов и бортовой аппаратуры в основу разрабатываемого бортового вычислительного комплекса положен магистрально-модульный принцип интеграции аппаратных средств. Это позволяет создать на борту единое информационное пространство на основе бортовой коммуникационной сети стандарта SpaceWire/SpaceWire-RUS. Основным вычислительным узлом комплекса является центральный процессорный модуль, а сетевая архитектура строится на основе маршрутиризирующих сетевых коммутаторов. Это позволяет организовать модульное построение комплекса на основе принципа взаимозаменяемости аппаратных модулей, входящих в его состав...
Бесплатно
Архитектура программного обеспечения для высоконадежных систем
Статья
В статье рассматривается проблема построения программного обеспечения для высоконадежных систем. Исследуются основные критерии, позволяющие оценить эффективность спроектированной архитектуры программного обеспечения. Приводится их краткое описание. Программное обеспечение с большим спектром выполняемых задач разрабатывается по модульному типу. Программа делится на модули по их функциональному назначению. Предлагается выделить модуль в отдельную программу для повышения отказоустойчивости программного обеспечения в высоконадежных системах. Приводится пример построения предложенной архитектуры с разбиением программного обеспечения на модули (программы) по функциональному назначению. С этой целью разработана программа-посредник, при помощи которой модули обмениваются информацией. Взаимодействие между модулями и программой-посредником может происходить при помощи различных технологий (TCP/IP, общие файлы, разделяемая память и т. д.). В приведенном примере взаимодействие было реализовано при помощи протокола сетевого взаимодействия TCP/IP, а также проведен эксперимент для сравнения монолитно построенной программы и программы, сделанной по предложенной архитектуре. В рамках эксперимента источник данных передавал пакеты через программное обеспечение, реализованное на основании предложенной архитектуры. За критерий надежности программного обеспечения принято количество доставленных пакетов. Данный эксперимент подтвердил преимущество надежности программного обеспечения, построенного по предложенной архитектуре.
Бесплатно
Аэромобильный комплекс сотовой связи, диспетчирования и мониторинга
Статья научная
Рассматривается возможность проведения мониторинга, диспетчирования и организации сотовой связи мобильных потребителей в малонаселенных и труднодоступных районах, а также в районах стихийных бедствий на основе использования привязных аэростатных средств в качестве высотных платформ - ретрансляторов. Осуществляются синтез и анализ структурно-функциональной схемы аэромобильного комплекса сотовой связи, диспетчирования и мониторинга. Оцениваются технические характеристики составных частей комплекса: аппаратного оборудования мобильных потребителей, наземного и аэростатного радио-информационных комплексов, аэростатных средств, средств доставки, развертывания и обслуживания комплекса.
Бесплатно
Бортовой комплекс управления для искусственного спутника луны
Статья научная
Описывается бортовой комплекс управления для малого космического аппарата, работающего в составе системы мобильной связи на окололунных орбитах. Рассматривается специфика требований, предъявляемых к бортовым комплексам управления для работы на орбите Луны. Проводится анализ существующей архитектуры бортовых комплексов управления, выбор новой архитектуры, выбор составляющих частей рассматриваемой системы. Приводятся преимущества используемой перспективной сетевой технологии SpaceWire. Приводятся шаги по аппаратной реализации прототипа бортового комплекса управления. Рассматривается новое конструктивное исполнение бортового комплекса управления, позволяющее улучшить энергомассовые характеристики системы.
Бесплатно
Вентиль для двухфазной системы терморегулирования
Статья
На данный момент в космической промышленности актуальной задачей является увеличение эффективности теплоотвода системы терморегулирования космического аппарата. Такую задачу наиболее успешно решает двухфазная система терморегулирования. Надежное функционирование данной системы обеспечивается, в том числе, применением надежных элементов арматуры трубопроводов, способных работать в условиях высокого давления (4,8 МПа) в агрессивной среде (аммиак). В данной работе представлены результаты разработки и испытаний вентиля заправочного и вентиля проходного для двухфазной системы терморегулирования космического аппарата. Описаны и подробно рассмотрены технические решения, принятые для соответствия конструкции техническим требованиям: герметичность посадки клапана на седло корпуса в условиях давления 4,8 МПа, циклы срабатывания (160 открытий/закрытий). Приведены критерии выбора момента затяжки клапана в условиях давления. Описана отработка посадки типа «металл по металлу». Приведены результаты квалификационных испытаний. Описана проблема отработки режимов сварки торцевых многослойных швов для обеспечения необходимой герметичности конструкции. Совокупность примененных конструкторско-технологических решений и результаты наземной квалификации позволяют утверждать, что разработанные устройства исполнительной автоматики являются уникальными по сочетанию технических характеристик, таких как герметичность, ресурс, устойчивость к работе в агрессивных средах.
Бесплатно
Верификация частотных характеристик нагрузочных устройств, заявленных производителем
Статья
Целью работы являлось уточнение возможности определения частотных характеристик нагрузочных устройств по параметрам переходных процессов, скорости нарастания переднего фронта, его длительности, наличию или отсутствию перерегулирования, форме переходного процесса. Основная задача исследования состояла в определении параметров нагрузки, необходимых для выполнения расчета. Для подтверждения указанной гипотезы о влиянии выбранных параметров использован метод физического эксперимента. Уточнение показателей по эксплуатационным параметрам может быть актуальным при организации входного контроля поступающих покупных изделий для различных прикладных задач. Совершенствование алгоритмов входного контроля, реализация проверок временных характеристик вместо частотных позволят подтвердить соответствие характеристик, заявленных производителем либо поставщиком данного оборудования, и дадут возможность идентифицировать внутреннюю структуру устройств в обеспечение их совместимости с прочим оборудованием, применяемым на производстве, а также расширить технологические возможности предприятий. Обозначенная проблема представляется перспективной для ряда организаций, эксплуатирующих сложную электронную технику, а также для отечественных производителей электронных устройств. Актуальность исследования также заключается в уменьшении количества, требуемого для процесса верификации оборудования за счет увеличения вычислительной нагрузки. Кроме того, динамическая идентификация по параметрам переходных процессов повышает скорость проведения верификации.
Бесплатно
Виброзащита прецизионного оборудования космических аппаратов от внутренних источников возмущений
Статья
Работа посвящена вопросам защиты космического аппарата от влияния недопустимых внутренних вибрационных возмущений. Обозначена актуальность снижения вибрационной активности на борту космического аппарата для повышения точности целевой аппаратуры. Решается частная задача виброзащиты платформы космического аппарата от источника вибраций – электронасосного агрегата жидкостной системы терморегулирования. Определены основные требования к виброзащите электронасосного агрегата. Рассмотрены возможные способы снижения уровня вибрации, возбуждаемой электронасосным агрегатом на поверхности закрепления космического аппарата. Особое внимание уделено таким методам виброзащиты, как демпфирование и виброизоляция, реализуемые установкой между источником (электронасосным агрегатом) и объектом (космическим аппаратом) специальных виброзащитных устройств – виброизоляторов и вибродемпферов (амортизаторов). Описаны принципы работы вибродемпферов и виброизоляторов, наиболее распространенные материалы для вибродемпферов. Рассмотрены примеры конструктивных решений линейных одноосных виброизоляторов, разработаны рекомендации по применению перспективных изделий. Особо ставится акцент на применении металлорезины в качестве материала для виброизоляторов. Применительно к конкретному образцу электронасосного агрегата предложена схема пространственной структуры виброизоляции. Подробно приведены формулы для расчета, разработана математическая модель системы виброизоляции. Сформирован порядок расчета параметров системы. На основании модели определен максимально возможный уровень подавления вибрации в среднечастотной области.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты виртуального моделирования эксперимента по определению несущей способности стрингерных панелей конструкции планера летательного аппарата. Моделирование проводилось на основе МКЭ с учетом геометрической и физической нелинейности. Изложены методика проведения эксперимента и принципы построения виртуальной модели. Приведено сравнение расчетных и экспериментальных данных.
Бесплатно
Влияние лазерной обработки поверхности титановых образцов на адгезионую прочность клеевых соединений
Статья
В статье рассматривается прочность клеевых соединений образцов из титановых сплавов ОТ-4, поверхность которых обработана лазерным излучением. В работе представлены результаты анализа зависимости макро- и микрогеометрии полученной поверхности, химического состава, краевого угла смачивания и адгезионной прочности клеевых соединений при сдвиге от режимов лазерной обработки. Целью данной работы является определение оптимальных параметров лазерной обработки для получения высокой прочности клеевых соединений. Полученные результаты можно использовать при склеивании конструктивных элементов космических аппаратов. Исследования проводились на клеевой паре «Титан – Титан». В зависимости от режима обработки были выявлены характерные текстуры поверхности, которые были объединены в группы «В», «К» и «С». Высокоэнергетические режимы лазерной обработки поверхности образцов перед склеиванием приводят к значительному повышению прочностных характеристик клеевого соединения (до 70 %) благодаря увеличению площади склеивающей поверхности и механическому запиранию клея в микрорельефе текстуры образцов. Кроме того, применение данного способа, по сравнению с механическими и химическими методами, значительно повышает производительность обработки поверхности.
Бесплатно
Влияние радиуса шара при исследовании материалов с помощью упругопластического индентирования
Статья
В статье рассматривается исследование влияния величины радиуса шара при индентированиии образца на форму кривой в координатах «нагрузка – глубина вдавливания», отклонение глубины вдавливания при упругопластическом вдавливании от глубины вдавливания при упругом вдавливании и величину осевой деформации шара. Исследование проводилось с помощью программы Ansys Mechanical APDL, реализующей метод конечных элементов. В процессе исследования было установлено, что при изменении радиуса шара не происходит какого-либо явного изменения поведения материала образца, а отклонение глубины при упругопластическом вдавливании от глубины при упругом вдавливании не зависит от величины радиуса шара. Также было установлено влияние величины радиуса шара на величину осевой деформации шара. Предложена формула для определения величины осевой деформации для шара любого диаметра, что позволяет определять реальную глубину вдавливания при использовании шаров разных радиусов.
Бесплатно
Влияние структуры пакета на краевые эффекты в слоистых композитах
Статья научная
Представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований по влиянию структуры композиционного пакета на краевые эффекты, возникающие на его свободных кромках. Расчеты проводились на трех- мерных конечно-элементных моделях композита. Показано, что последовательность укладки монослоев в пакете существенным образом влияет на величину и распределение нормальных расслаивающих напряжений на его свободных кромках, что подтверждается экспериментальными данными.
Бесплатно
Внешнее тепловое моделирование спутниковой платформы «Синергия»
Статья
С целью проведения теплового исследования спутниковой платформы «Синергия» разработана математическая модель расчета внешних тепловых нагрузок для космических аппаратов форм-фактора CubeSat, функционирующих в различных режимах ориентации на околоземных круговых орбитах. При моделировании тепловых условий учитываются тепловые потоки от Солнца, земной поток и атмосферное воздействие. Особенностью модели является переход к подвижной геоцентрической системе координат для определения плотности тепловых потоков прямого и отраженного солнечного излучения. Проведено исследование тепловых условий в процессе орбитального движения и определены параметры положения плоскости орбиты и параметры Солнца, при которых за орбитальный период достигаются максимальные и минимальные среднеинтегральные тепловые нагрузки. На этих орбитах смоделировано движение спутниковой платформы в трех типовых режимах ориентации и определены значения плотности поглощенных тепловых потоков ее внешними элементами. Исследуются четыре варианта конструктивного исполнения корпуса. Полученные в ходе моделирования данные использовались для первичного стационарного расчета температурного поля спутниковой платформы в программном комплексе ANSYS. Определены наиболее интересные с точки зрения теплового режима случаи для дальнейшего проведения теплового исследования.
Бесплатно
Статья научная
Столкновения высокоскоростных частиц космического мусора со сложными техническими объектами на орбите могут вызывать как локальные, так и катастрофические повреждения последних, а вторичные фрагменты, обладающие достаточно высокой скоростью, приводят к лавинообразным разрушительным последствиям: разгерметизации труб контура теплоносителя, систем управления и т.д. Моделирование быстропротекающих процессов в твердых телах при высоких скоростях встречи требует комплексного подхода к численному инструментарию, а именно к уравнениям баланса массы, импульса и энергии необходимо добавить уравнения состояния и уравнения процесса, реалистично описывающие поведение материалов при экстремальных нагрузках. Далее, многочисленные материалы, составляющие сложные технические объекты, имеют достаточно сильный разброс как по геометрическим, так и весовым характеристикам, что требует достаточно подробной разностной сетки и разумного осреднения свойств материалов. В комплексе программ REACTOR 2D используется симметричный алгоритм расчета контактных границ, а дискретно-континуальный подход обеспечивает возможность решения задач до «конца». В работе представлен расчет соударения частицы техногенного мусора с космическим аппаратом и показано, что при скоростях 11,7 км/с и выше столкновение приводит к катастрофическим последствиям.
Бесплатно
